Siden sidst: Svanesang i Siden sidst

Publiceret Januar 2007

Efter 6 års kvartalsvis pløjen gennem artikler fra danske laboratorier er tiden nu inde til at stoppe. Det har været sjovt at forsøge at referere artikler med emner så forskellige som quorum sensing, HIV replikation, topologisammenligning af proteinstrukturer, in vivo redox sensorer, nitrogenfiksering og cellers respons på DNA skader. Vi slutter af med et arbejde fra Cell, der identificerer en familie histon demethylaser specifikke for en bestemt modifikation med stor betydning for chromatinstruktur og transkriptionel aktivitet.

Den foranderlige histon kode!

RBP2 belongs to a family of demethylases, specific for tri- and dimethylated lysine 4 on histone 3.

Cell 128, 2007, 1063- 1076
J Christensen, K Agger, PAC Cloos, D Pasini, S Rose, L Sennels, J Rappsilber, KH Hansen, AE Salcini, K Helin. BRIC, Københavns Universitet; University of Edinburgh.

Gennem de sidste relativt få år har histon-afficionados vist, at der eksisterer et sandt mylder af modifikationer på histonerne i eukaryoters chromatin. Histoner phosphoryleres, acetyleres, methyleres, ubiquitineres, sumoyleres, ADP ribosyleres, citullineres og prolin cis/trans isomeriseres på mange helt specifikke aminosyrerester. Dette virvar af modifikationer vekselvirker med hinanden og udgør tilsammen, hvad nogle ynder at kalde ”histon koden” med slet skjult hentydning til, at den udgør et arveligt lag af information over den genetiske kode i DNA sekvensen. Hvor korrekt denne betegnelse i virkeligheden er, kan nok diskuteres, men sikkert er det i hvert fald, at histonernes modifikationer spiller en helt fundamental rolle for geners regulering, og at informationen i histonmodifikationerne kan være stabil gennem mitose, i visse tilfælde endda meiose.

Blandt de allermest velkendte modifikationer er methyleringen af to lysiner i den N-terminale del af histon 3, K4 og K9. I almindelighed udelukker disse to modifikationer hinanden og har diametralt modsatte konsekvenser. K4 methylering korrelerer med transkriptionelt aktivt euchromatin, mens K9 methylering korrelerer med dannelse af kompakt, transkriptionelt inaktivt chromatin. For eksempel er de heterochromatiske områder omkring chromosomernes centromerer stærkt beriget for methyleret H3K9, og visse af McClintock’s berømte majs ”variegation” mutanter skyldes spredning af inaktiv chromatin via H3K9 methylering fra transposoner til nabogener, der så bliver transkriptionelt inaktiverede.

En af grundsætningerne indenfor histonmodificering var indtil for ganske nyligt, at histonmethylering modsat andre modifikationer var irreversible, således at de kun kunne ændres ved inkorporering af nye histonmolekyler i chromatinet. Dette dogme røg en tur i skraldespanden i 2004, da en H3K4 demethylase blev isoleret. Humlen var imidlertid, at dette enzym kun kunne demethylere monomethyleret lysin, så spørgsmålet var stadig åbent for de meget almindelige lysin di- og trimethyleringer. Sidste år viste en serie forskellige grupper, heriblandt Helin-gruppen, at enzymer med såkaldte Jumonji-domæner (JMJ) kan demethylere di- og trimethyleret lysin 9 og lysin 36 på histon 3.

I dette arbejde angriber forfatterne så H3K4 methylering for at se om et andet sæt af JMJ enzymer kunne tænkes at demethylere denne position, og hvilke konsekvenser det i givet fald ville have for berørte geners regulering. De lægger hårdt fra kaj og præsenterer artiklens hovedresultat i den første figur: Overekspression af en lille familie JMJ proteiner fører til specifik reduktion H3K4me niveauer, og de er dermed næsten i mål – den minimale chance for, at den meget tydelige H3K4me reduktion skyldes indirekte effekter fremfor direkte demethylering er der vist ikke mange, der tror på, men den skal selvfølgelig elimineres. Forfatterne følger op med en fin biokemisk karakterisering, der viser at oprensede JMJs specifikt kan demethylere H3K4(Me)2 og H3K4(Me)3, men ikke monomethyleret H3K4 in vitro.

Næste spørgsmål er nu, hvilken biologisk konsekvens JMJ katalyseret H3K4 demethylering kunne have. For at kunne nærme sig et svar skal man imidlertid enten have mutanter i disse gener – ikke en gangbar løsning, når modellen er humane celler – eller kende nogle targetgener, der kan H3K4 demethyleres af JMJs. De gætter på, at Hox-gener kunne være targets, idet mutanter i den nærmeste Drosophila JMJ homolog vides at have defekter i regulering af homeotiske gener. Induktionen af et batteri af Hox-gener testes i embryonale stamceller efter trans-retinoinsyre behandling, og flere vises at være inducerede. Med chromatin immunoprecipitationer vises, at denne induktion korrelerer med reduceret JMJ associering og en øget mængde H3K4(Me)3 associeret med de inducerede gener. Dette vigtige resultat peger på, at ommøbleringer af histonmethylering kan være vigtig for hurtige ændringer i genregulering under cellers differentiation. På denne måde går forfatternes resultater hånd i hånd med nye resultater fra både planter og dyr, der tyder på at en anden epigenetisk modifikation, DNA methylering, er særdeles dynamisk, således at aktiv DNA demethylering og remethylering spiller en vigtig rolle for geners induktion og repression under stress og hormonbehandlinger.

Andre artikler

The polycomb group proteins bind throughout the INK4-ARF locus and are disassociated in senescent cells.

Genes & Development 21, 2007, 525-530.
AP Bracken, D Kleine-Kohlbrecher, N Dietrich, D Pasini, G Gargiulo, C Beekman, K Theilgaard-Mönch, S Minucci, BT Porse, J-C Marine, KH Hansen, K Helin. BRIC & Afdeling for Klinisk Biokemi, Københavns Universitet; European Institute of Oncology, Milan, IT; University of Ghent, B.

Cdk phosphorylation of the Ste11 transcription factor constrains differentiation-specific transcription to G1.

Genes & Development 21, 2007, 347-359.
S Kjærulff, NR Andersen, MT Borup, O Nielsen. Københavns Universitet.

Bypass of senescence by the polycomb group protein CBX8 through direct binding to the INK4A-ARF locus.

EMBO Journal 26, 2007, 1637-1648.
N Dietrich, AP Bracken, E Trinh, CK Schjerling, H Koseki, J Rappsilber K Helin, KH Hansen. BRIC, Københavns Universitet; Rigshospitalet, København; RIKEN Research Center, JP; University of Edinburgh, UK.

Dissecting mechanisms of nuclear mRNA surveillance in THO/sub2 complex mutants.

EMBO Journal, 2007.
M Rougemaille, RK Gudipati, JR Olesen, R Thomsen, B Seraphin, D Libri, TH Jensen. Aarhus Universitet; CNRS Gif sur Yvette; F.

Evidence for a stem cell hierarchy in the adult human breast.

Journal of Cell Biology 177, 2007, 87-101.
R Villadsen, AJ Fridriksdottir, L Rønnov-Jessen, T Gudjonsson, F Rank, MA La Barge, MJ Bissel, OW Petersen. Københavns Universitet; University of Iceland; UC Berkeley, USA.

A human phenome-interactome network of protein complexes implicated in genetic disorders.

Nature Biotechnology 25, 2007, 309-16.
K Lage, EO Karlberg, ZM Størling, PI Olason, AG Pedersen, O Rigina, AM Hinsby, Z Tümer, F Pociot, N Tommerup, Y Moreau, S Brunak. Center for Biological Sequence Analysis, DTU; Panum Institute, Københavns Universitet; Steno Diabestes Center, Gentofte; Univeristy of Lund, S; Katholieke Universiteit Leuven, B.

Oscillation patterns in negative feedback loops.

PNAS 104, 2007, 6533-37
S Pigolotti, S Krishna, MH Jensen. Niels Bohr Institute; Universitat de les Illes Balears, ES.

Defective glycerol metabolism in aquaporin 9 (AQP9) knockout mice.

PNAS, 104, 2007, 3609-3614.
AM Rojek, MT Skowronski, E-M Füchtbauer, AC Füchtbauer, RA Fenton, P Agre, J Frøkiær, S Nielsen. Water and Salt Research Centre & Dept of Molecular Biology, Aarhus Universitet; Duke University, USA; Johns Hopkins University, USA.

Endocytosis provides a major alternative pathway for lysosomal biogenesis in kidney proximal tubular cells

PNAS 104, 2007, 5407-5412.
R Nielsen, PJ Courtoy, C Jacobsen, G Dom, WR Lima, M Jadot, TE Willnow, O Devuyst, EI Christensen. Institute of Anatomy & Dept of Medical Biochemistry, Aarhus Universitet; Université Catholique de Louvain, B; Facultés Universitaires Notre-Dame de la Paix, B; Max Delbrueck Center for Molecular Medicine, D.

Small-molecule agonists for the glucagon-like peptide 1 receptor

PNAS 104, 2007, 937-942.
LB Knudsen, D Kiel, M Teng, C Behrens, D Bhumralkar, JT Kodra, JJ Holst, CB Jeppesen, MD Johnson, JC de Jong, AS Jørgensen, T Kercher, J Kostrowski, P Madsen, PH Olesen, JS Petersen, F Poulsen, UG Sidelmann, J Sturis, L Truesdale, J May, J Lau. Novo Nordisk A/S; Panum Institute, Københavns Universitet; Pfizer Global Research and Development, USA.

Increasing NADH oxidation reduces overflow metabolism in Saccharomyces cerevisiae.

PNAS 104, 2007, 2402-2407.
GN Vemuri, MA Eiteman, JE McEwen, L Olsson, J Nielsen. Center for Microbial Biotechnology, DTU; University of Georgia, USA; University of Arkansas, USA.

Correlation between mechanical strength of messenger RNA pseudoknots and ribosomal frameshifting.

PNAS 104, 2007, 5830-5835.
TM Hansen, SNS Reihani, LB Oddershede, MA Sørensen. Dept of Molecular Biology & Niels Bohr Institute, Københavns Universitet; Institute for Advanced Studies in Basic Sciences, Iran.